基于恢复时间的剪稀模型及其在弹流润滑中的应用

发布时间：2020-09-27 08:19

　　 减少运动副间的摩擦损失是提高机械零件效率、减小能量损耗的主要途径。摩擦副间润滑油品的摩擦特性研究至今仍然是工业界和学术界关注的热点。润滑油品在高应力、高剪切率、高温等条件下,其粘度和状态发生的变化均会影响油品宏观的摩擦特性。因此,油品在某工况下的流变特性研究是上述热点问题中的难点。本学位论文以此为出发点,从理论和实验两个方面探究准确预测各类油品流变特性的模型和方法。本文首先从几十年来在流变研究中广泛使用的一个假设,即剪应变率近似等于两表面的速度差与油膜厚度的比值入手,分析了不同尺度的弹流润滑副内的非牛顿流体热流变润滑特性。通过分析接触区内油品温度和广义粘度的变化规律,发现了一个以前未报道的、完全违背预期的事实,进而引出剪应变率对广义粘度的影响。结果显示,在尺度较大或其它温度梯度较大的场合,上述关于剪应变率的假设并不成立。特别地,对于粘度较高的聚合油,即便在接触副尺度较小时,该假设也会误导油品的流变研究,干扰我们对油品流变特性的认识。接下来,关注到最近国际上关于哪个流变模型更好的争论,开展了适用于多类流体的流变模型研究。用球-杆间相互接触、通过和恢复的过程模拟剪切流动时流体分子间的作用,依据球-杆恢复到未受剪状态的时间,建立了全新的半解析流变模型。通过与著名的Eyring和Carreau-Yasuda模型的比较,指出这三个流变模型的表达式具有一致性,但新模型的流变参数的个数更为理想。进一步,使用新流变公式建立了点接触热流变弹流润滑的数学模型,模拟了生物油squalane、聚合油PAO 650和矿物油Shell Turbo 33等三种不同类型、不同粘度油品的流变曲线。结果显示,三种油品使用新模型得到的摩擦系数随滑滚比变化的曲线与实验曲线均吻合得较好,表明本文提出的新流变模型是正确的,且其应用不受油品类型和粘度范围的限制。为了进一步验证新流变模型的正确性和其广泛的适用性,本文将新模型分别应用于反向滑动的点接触副和同向滑动的圆锥滚子接触副的热流变弹流润滑理论分析。数值仿真结果表明,新模型预言的高粘度聚合油钢对玻璃反向滑动的弹流润滑副内有典型的、由热粘度楔导致的表面凹陷;且随着钢球反向速度的增加,表面凹陷的尺度逐渐增大,热弹流油膜的第二压力峰逐渐左移,并最终占据压力主峰的位置。通过对接触区内油品受到的剪稀、热稀和热粘度楔效应的综合分析,解释了这些润滑行为的合理性和正确性。进一步,对三种油品开展了钢对玻璃反向滑动的大量实验研究,从多个角度定性地比较了实验和理论结果的一致性,验证了反向滑动工况下,新流变模型的正确性和实验数据的可靠性。另外,使用新流变模型分析了考虑力矩平衡的修形圆锥滚子间弹流油膜的热流变润滑行为,指出当载荷偏置时,滚子会发生偏斜,导致滚子端部效应增强;而增加修形滚子的凸度能减弱滚子的端部效应。因此,为了防止零件局部润滑失效而发生偏磨,滚动轴承中滚子母线的适当修形和齿轮装置中齿面的修形对其润滑状态都是有益的。最后,自行设计制造了球-盘接触任意滑滚比下的膜厚和摩擦力测量装置,实现了润滑油品在点接触多种工况下油膜膜厚和摩擦力的同步测量。使用该装置分析了标准参考油的摩擦特性,研究了三种不同长度的链状结构PAO油品的流变特性,以及同一等级不同分子结构的四种油品的摩擦特性。结果显示,合成油的摩擦系数整体上低于矿物油,且油品的摩擦特性与分子结构密切相关。
【学位单位】：青岛理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH117.2
【部分图文】：

图3-1分子间作用示意图

青 岛 理 工 大 学 工 学 博 士 学 位 论 文结果，得到了可以合理重现全部实验结= 3 GPa，A = 72。本节的全部结果均使 (u1+ u2)/2 = 1 m/s，最大 Hertz 接触压力 时，得到了如图 3-2 所示的数值解。图 h 和油膜中层温度 Tml的分布曲面，它们、出口颈缩等。图 3-3 则给出了 ue= 1 m膜厚度 hcen和最高油膜温度 Tmax随滑滚。

iations in , hcenand Tmaxversus predicted by the soludynamic lubrication of a point contact for pH= 0.8 GPa a触热流变弹流润滑数值解得到的 、hcen和 Tmax随 (pH= 0.8 GPa, ue= 1 m/s at T0= 25 C)结果比较工大学(Brno University of Technology)的摩擦弹流摩擦系数实验测量方面丰富的经验。本台微牵引力测定仪而得到。通过对仪器的调 压力、卷吸速度和滑滚比条件下摩擦系数的测-5 分别是不同 Hertz 压力和卷吸速度下，摩擦为布尔诺理工大学测得的实验曲线，实线为

【参考文献】

相关期刊论文 前5条

1 温诗铸;;润滑理论研究的进展与思考[J];摩擦学学报;2007年06期

2 杨萍;杨沛然;;斜齿圆柱齿轮的热弹流润滑理论[J];机械工程学报;2006年10期

3 黎智恒,任s

本文编号：2827641